[发明专利]一种掺杂Sc、Y的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种掺杂Sc、Y的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法。该方法是通过球磨工艺、高温固相法掺杂稀土Sc和Y原子，稀土原子代替了Li的位置，提高磷酸铁锂电极材料的导电率，该工艺简单，制备的电极材料成分均匀，在电极材料的制备工艺中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备方法，特别涉及一种掺杂稀土元素的锂离子复合电极材料及其制备方法，属于电池领域。

背景技术

在自然界中，锂元素是最轻的金属，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料，1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得对环境要求非常高，所以，锂电池长期没有得到应用。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等，其中磷酸铁锂材料属于较新的锂离子电池正极材料，其安全性高、成本较低，但存在室温电导率低，放电电压低（3.4V），实际容量只有 114mA·h／g等缺点，都制约了自身的进一步应用。材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素，从材料角度来看，LiFePO₄具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为 Pnma。在锂原子所在的 a-c平面中，包含有 PO₄四面体，这就限制了锂离子的移动空间，因此它的电导率比其它的层状化合物低。

有文献指出，稀土元素能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中，且能够改提高LiFePO₄的导电率。本发明通过球磨工艺、高温固相法掺杂稀土Sc和Y原子，制备一种磷酸铁锂复合电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂Sc、Y的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：

⑴取适量化学纯的Li₂CO_3、FeC₂O₄・2H₂O 、Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄、稀土Sc和稀土Y粉末作为原料，按照Li_1-（x+y）FeSc_xY_yPO₄（0.01≤x+y≤0.1）的原子比例配料；

⑵取一球磨罐，将配好的原料的混合物和适量比例的蔗糖倒入罐中，再投入一定质量比例的钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨；

⑶球磨一段时间后，把球磨后的合金微粉晾干；

⑷将晾干的粉末在隔绝氧气的条件下高温煅烧，煅烧后即得一种复合离子电极材料。

优先地，在步骤⑵中，蔗糖与原料的添加比例为0.2-0.3，球料比为15-20。

优先地，在步骤⑵中，行星式球磨机速度控制250-350 r/min运行。

优先地，在步骤⑵中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。

优先地，在步骤⑷中，高温煅烧温度为600-900℃，煅烧时间为20-30h。

本发明具有下列优点和特性：

⑴制备的电极材料粉末电率高，容量大；

⑵重现性好，条件容易控制；